JP5891813B2

JP5891813B2 - Ｐｃｖ通路の凍結防止構造およびインテークマニホールド

Info

Publication number: JP5891813B2
Application number: JP2012013263A
Authority: JP
Inventors: 智久仙田; 秀章寺本
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-01-25
Also published as: US9133741B2; US20140326226A1; WO2013111450A1; JP2013151906A

Description

本発明は、ブローバイガスが流通するＰＣＶ通路の凍結防止構造および該凍結防止構造を備えたインテークマニホールドに関する。

エンジンは、燃焼室で混合ガスを燃焼させてクランクシャフトを回転させることにより動力を得ている。しかし、燃焼室に導入された混合ガスが全て燃焼されるわけではない。一部の混合ガスはピストンとシリンダの間隙からクランクケースに漏出する。この漏出したガスをブローバイガスという。未燃焼ガスであるブローバイガスには高濃度の大気汚染物質が含有されているため、そのまま排気ガスとして大気中に排出することは法律で禁止されている。そのためブローバイガスはＰＣＶ（ Positive Crankcase Ventilation ）通路を介して再度吸気ポート側に還流され、新しい混合ガスと共に燃焼室で燃焼させてから大気に排出されるようになっている。

特許文献１には、複数の吸気管の管壁にブローバイガスを導入するためにガス導入口を開口し、ブローバイガスを流通させるガス導入路をガス導入室ハウジングを介してガス導入口に接続した構造が開示されている。ガス導入室ハウジングの内側の下面はガス導入口に向かって下降傾斜しており、その下縁部はガス導入口の吸気管側より高い位置にある。これにより、ガス導入室ハウジング内の水分は、ガス導入室ハウジングの内側の下面に沿って吸気管のガス導入口に達し、さらにガス導入口の下縁部に沿って吸気管内に流入する。

特許文献２には、ＰＣＶ通路の一部を構成する挿入パイプの外周に加温パイプを固着し、加温パイプの内部にエンジン冷却水を流通させる構造が開示されている。加温パイプ内を流通するエンジン冷却水の温度は高いので、これにより挿入パイプの内部を流れるブローバイガスの温度を上昇させ、ＰＣＶ通路を流れるブローバイガスに含まれる水蒸気が凍結するのを防止している。

特開２０１０−８４６４０号公報特開２００８−２１５１９１号公報

ブローバイガスは未燃焼ガスなので、ガス温度は低く、水分が多く含まれている。エンジンの吸気工程においては混合気が急速に燃焼室に吸入されるため、吸気ポート内は負圧による断熱膨張状態となり、吸気ポートの温度が低下する。また、吸気ポートを流通する空気は外気なので、特に外気温の低い寒冷期には、低温の外気が吸気ポートを流通し、吸気ポートの温度が低下する。このように、吸気ポートの温度が低下すると、吸気ポートへの導入口においてブローバイガスも冷却される。ブローバイガスが冷却されると、ブローバイガス中の水分が凍結し、最悪の場合、凍結した水分（氷）がＰＣＶ通路を閉塞してしまうおそれがあった。

特許文献１の構造は、ガス導入室ハウジング内の水分については吸気管内に流入するので、水分が溜まらず凍結することはない。しかし、ガス導入路の壁面で結露が生じガス導入ハウジングまで流入しなかった場合には、壁面で凍結が生じてガス導入路が閉塞されるおそれがある。よって、特許文献１の構造は、ガス導入路の閉塞を完全に防止しているとは言いがたかった。特許文献２の構造は、ＰＣＶ通路の凍結防止には有効である。しかし、新たな加温パイプの配管が必要なるなど構造が複雑になり、コストアップとなるおそれがあった。

上記問題に鑑み、本発明は、追加の配管を行うことなく、確実にＰＣＶ通路の凍結を防止できる構造およびその構造を備えたインテークマニホールドを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るＰＣＶ通路の凍結防止構造の特徴構成は、エンジンの内部に漏出した未燃焼ガスを主成分とするブローバイガスを吸気ポートに還流させるＰＣＶ通路と、前記エンジンから排出された排出ガスを前記吸気ポートに還流させるＥＧＲ通路と、前記ＰＣＶ通路のＰＣＶ外壁と前記ＥＧＲ通路のＥＧＲ外壁の共有部分である加熱部とを有し、前記加熱部の長手方向の長さは、複数の前記吸気ポートの並び方向における一端側の前記吸気ポートから他端側の前記吸気ポートに亘る長さである点にある。

燃焼室からの排出ガスは高温であり、ＥＧＲクーラーで冷却された後でも約１００℃の高温ガスである。一方、未燃焼ガスであるブローバイガスは低温である。そこでＰＣＶ通路を流通しているブローバイガスを排出ガスの熱により加熱すると、ブローバイガスが高温になり、還流されて吸気ポートに導入されてもブローバイガス中の水分が凍結しない。排出ガスの熱を効率よくブローバイガスに伝達するには、ＥＧＲ通路とＰＣＶ通路を可能な限り近づけるのがよい。ただし、排出ガスとブローバイガスのガス自体を混合してしまうと排出ガス中の不純物が固化してスラッジとなり堆積するので、ガスを互いに分離した状態で熱を効率よく伝達されるようにする必要がある。それには、ＥＧＲ通路の外壁とＰＣＶ通路の外壁が共有部分である加熱部を有する構造にするのがよい。このような構造をとることにより、ＥＧＲ通路とＰＣＶ通路とが壁一枚で隔てられることになるので、効率よく排出ガスの熱をブローバイガスに伝達することが可能になる。

本発明に係るＰＣＶ通路の凍結防止構造においては、それぞれの前記吸気ポートへ前記ブローバイガスが導入されるブローバイガス導入口より上流側かつ前記導入口に隣り合う位置に設けられていると好適である。

排出ガスの熱によりブローバイガスが加熱されても、ＥＧＲ通路から離れるとブローバイガスの温度は低下してしまう。そこで、ブローバイガス導入口に隣り合う位置に加熱部を設けることにより、加熱されたブローバイガスが高温のままブローバイガス導入口に到達することが可能になる。それにより、ブローバイガス導入口でブローバイガス中の水分が凍結することもなく、ＰＣＶ通路が閉塞されるおそれもない。

本発明に係るＰＣＶ通路の凍結防止構造においては、単一の通路である共通通路部と、前記共通通路部から分岐し前記吸気ポートに接続される分岐通路部とを備え、前記加熱部は前記共通通路部に設けられていると好適である。

ＥＧＲ通路から効率よく熱を伝達するためには、加熱部の面積を大きくすると効果的である。ただし、加熱部の面積を大きくするのにこだわるあまり加熱部の構造が複雑になるとコストアップにつながる。通常、ＥＧＲは各吸気ポートに垂直になるように直線状に配置されているので、ＰＣＶ通路も直線状にしてＥＧＲ通路と平行に配置すれば簡単な構造で加熱部の面積を確保することができる。よって、単一の通路である共通通路部を加熱部としてブローバイガス全体を加熱することにより、加熱効率が向上すると共に、大面積の加熱部を有するＰＣＶ通路を容易に得ることができる。

本発明に係るＰＣＶ通路の凍結防止構造を備えたインテークマニホールドにおいては、前記ＰＣＶ通路および前記ＥＧＲ通路と一体的に形成されていると好適である。

最近では樹脂の耐熱性が向上し、インテークマニホールドやＰＣＶ通路、ＥＧＲ通路を樹脂で構成することが可能になっている。そこで、インテークマニホールド本体と共にＰＣＶ通路やＥＧＲ通路を一体的に形成すると組み立て工数の削減につながる。その結果、本発明の凍結防止構造を備えたインテークマニホールドを安価に提供することが可能になる。

第１実施形態に係るＰＣＶ通路の凍結防止構造を備えたインテークマニホールドの外観を表す斜視図図１のＩＩ−ＩＩ断面図図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図第２実施形態に係るＰＣＶ通路の凍結防止構造を備えたインテークマニホールドの外観を表す斜視図図４のＶ−Ｖ断面図

〔第１実施形態〕
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１に、本発明の第１実施形態に係るＰＣＶ通路の凍結防止構造を備えたインテークマニホールド１の外観を表す斜視図を示す。図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

インテークマニホールド１は、直列４気筒エンジンに使用される。インテークマニホールド１は合成樹脂により一体的に形成される。この合成樹脂としては、強度、重量、成形性などを考慮して、例えばポリアミド樹脂（ＰＡ６）にガラス繊維を混入させたものが使用される。インテークマニホールド１の主な機能は空気を各気筒に均等に分配することである。空気は、不図示のエンジンのピストンの吸入行程で燃焼室内に生じる負圧によりインテークマニホールド１を通って燃焼室に吸い込まれる。

図１に示すように、インテークマニホールド１は、吸気管１０と、吸気管１０に連結されたサージタンク２０と、サージタンクから分岐した４つの吸気通路すなわち吸気通路３１、吸気通路３２、吸気通路３３、吸気通路３４と、吸気通路３１−３４（吸気通路３１、吸気通路３２、吸気通路３３、吸気通路３４の総称）の端部に形成されたフランジ５０から構成される。

図２に示す吸気管１０は開口を有する円筒形状である。吸気管１０の開口側は、ボルト等により不図示のスロットルボディと気密に締結されている。車外から導入された空気はスロットルボディを経由して吸気管１０に送られる。吸気管１０は下流側でサージタンク２０と連通しており、空気をサージタンク２０に送り込む。

サージタンク２０は吸気管１０から送られた空気を一時的に貯留するために設けられる。サージタンク２０は大容積の一つの空間であり、これにより吸気管１０から導入された空気の吸気脈動や吸気干渉を低減することができると共に、吸気通路３１−３４のそれぞれに送り出す空気の供給量を平均化することができる。

吸気通路３１―３４は、サージタンク２０に貯留された空気を分配して、エンジンの各気筒の燃焼室（不図示）へ送り込むために設けられる。吸気通路３１−３４はそれぞれサージタンク２０から滑らかに分岐している。図３に示すように、サージタンク２０から吸気通路３１−３４にかけて、インテークマニホールド１は、くの字型に湾曲している。

フランジ５０は吸気通路３１−３４と不図示の各気筒の吸気ポートとを気密に締結するために設けられる。図１に示すように、フランジ５０は吸気通路３１の端部である吸気出口４１、吸気通路３２の端部である吸気出口４２、吸気通路３３の端部である吸気出口４３および吸気通路３４の端部である吸気出口４４の周囲に一体的に形成される。フランジ５０における吸気出口４１、４２、４３、４４の周縁部には、各気筒の吸気ポートと締結するための５個のフランジ締結孔５１が開孔されている。

図１に示すように、インテークマニホールド１は、吸気通路３１−３４の湾曲の内側かつ吸気通路３１−３４の延在方向に垂直な方向に形成されたＥＧＲ通路６０を有しており、ＥＧＲ通路６０の内部を排出ガス（以下、ＥＧＲガスともいう）が流通している。図２および３に示すように、ＥＧＲ通路６０はインテークマニホールド１と一体的に形成されている。吸気出口４１の付近にはＥＧＲガスを吸気通路３１に導入するためのＥＧＲ導入口６１が設けられている。吸気出口４２の付近にはＥＧＲガスを吸気通路３２に導入するためのＥＧＲ導入口６２が設けられている。吸気出口４３の付近にはＥＧＲガスを吸気通路３３に導入するためのＥＧＲ導入口６３が設けられている。吸気出口４４の付近にはＥＧＲガスを吸気通路３４に導入するためのＥＧＲ導入口６４が設けられている。ＥＧＲ導入口は合計４個、すなわち、各気筒あたり１つ設けられている。ＥＧＲの詳細については後述する。

ＥＧＲはExhaust Gas Recirculationの略である。燃焼室で燃焼して排出された後の排出ガスの一部を吸気側へ環流させる技術または装置のことである。ＥＧＲは主として排出ガス中の窒素酸化物の低減を目的として行われる。吸気の中に排出ガスを混ぜて燃焼させると、排出ガス中の不活性物質が燃焼を緩慢にし、燃焼ピーク温度を下げることができる。また、排出ガスは一度燃焼されているので酸素含有量が少ない。これらにより、高温かつ酸素が多い環境下での燃焼で発生しやすい窒素酸化物の発生を抑制することができる。

燃焼室から排出された燃焼後の排出ガスは排気ポート中に設けられた排気ガス取り込み口から取り込まれ、ＥＧＲ通路６０を流通する。排出ガスの温度は非常に高温（数百℃）なので、不図示のＥＧＲクーラーにより排出ガスの温度を低下させる。ＥＧＲクーラー通過後の排出ガスの温度は１２０℃を下回るまでになる。その後、ＥＧＲ通路６０を更に流通してインテークマニホールド１のＥＧＲ導入口６１、６２、６３、６４から吸気通路３１−３４内に導入され、吸気ポートを通って再度燃焼室に流入する。

インテークマニホールド１は、ＥＧＲ通路６０と隣り合う位置でガスの流通方向が平行になるように配置されるＰＣＶ通路７０をさらに有している。ＰＣＶ通路７０は振動溶着によりインテークマニホールド本体に接着されて、インテークマニホールド１として一体的に形成されている。「一体的に形成」とは、ＰＣＶ通路７０とＥＧＲ通路６０とインテークマニホールド本体が一度の成形により一部品（インテークマニホールド１）として製造される場合だけでなく、本実施形態のように、ＰＣＶ通路７０とＥＧＲ通路６０を含むインテークマニホールド本体を溶着等により接着してインテークマニホールド１として一体化される場合も含むものとする。もちろん、ＰＣＶ通路７０とＥＧＲ通路６０とインテークマニホールド本体が全て別部品として製造され、それらを溶着等により接着してインテークマニホールド１を形成する場合も含むものとする。

ＰＣＶ通路７０の一方の端部７５には不図示のＰＣＶパイプが接続されており、ＰＣＶパイプの他端は不図示のクランクケースに接続されている。クランクケース内のブローバイガスはＰＣＶパイプ内を流通して端部７５を介してＰＣＶ通路７０に導入される。

ＰＣＶ通路７０は単一の通路である共通通路部７２と、共通通路部７２から分岐した２つの分岐通路部７３、分岐通路部７４とを有している。分岐通路部７３、７４は、図２および３に示すように、共通通路部７２から上方に向けて形成されている。２つの分岐通路部７３、７４の共通通路部７２と反対側の端部にはブローバイガス導入口７６、７７が形成されている。ブローバイガス導入口７６は吸気出口４１、４２の近辺であって、ＥＧＲ導入口６１と６２の間に配置されている。ブローバイガス導入口７７は吸気出口４３、４４の近辺であって、ＥＧＲ導入口６３と６４の間に配置されている。また、ＰＣＶ通路７０の外壁とＥＧＲ通路６０の外壁とは一部を共有している。以下、この外壁の共有部分を加熱部７１とする。加熱部７１は共通通路部７２の一部である。

次に、ブローバイガスの流通について説明する。クランクケースからＰＣＶパイプを経由してＰＣＶ通路７０に導入されたブローバイガスは、最初に共通通路部７２に導入されて流通する。ＥＧＲ通路６０を流通するＥＧＲガスの温度はブローバイガスの温度より高温なので、ブローバイガスは共通通路部７２を流通する間に、加熱部７１を通して伝達されたＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの熱により加熱され、ブローバイガスの温度は上昇する。エンジンが作動している間はＥＧＲガスもブローバイガスも常に流通するので、ブローバイガスは常に加熱される。

加熱されたブローバイガスは共通通路部７２から分岐通路部７３に流通し、ブローバイガス導入口７６、７７から吸気通路３１−３４に導入される。導入されたブローバイガスは吸気通路３１−３４を流通する空気と合流し燃焼室へ送られる。もし、外気温が低く、吸気通路３１−３４を流通する空気の温度が低い場合には、ブローバイガス導入口７６、７７付近の温度は低下する。さらに、吸気通路３１−３４を流通する空気の速度は速いので、温度が低いままのブローバイガスだと、ブローバイガス導入口７６、７７付近で水分が凍結してしまうおそれがある。しかし、本実施形態の凍結防止構造であれば、ブローバイガスが加熱されて温度が高いので、ブローバイガス導入口７６、７７付近の温度が低く、流通する空気の速度が速くても、ブローバイガス中の水分が凍結するまで冷却されることはない。よって、分岐通路部７３（ＰＣＶ通路７０）が閉塞されるおそれはない。

このように、本実施形態のＰＣＶ通路の凍結防止構造は、ＥＧＲ通路を備えたインテークマニホールドであれば、ＥＧＲ通路に隣り合う位置にＰＣＶ通路を設けるだけなので、ＰＣＶ通路を加熱するための新たな温水配管を追加する必要がなく、安価に凍結防止が可能になる。また、本凍結防止構造では、ＰＣＶ通路７０が凍結により閉塞するおそれがないので、通路を傾斜させて水抜きをするなどの制約がなく、インテークマニホールドの設計自由度が高い。

ブローバイガスの温度を高くして吸気通路３１−３４に導入するためには、分岐通路部７３、７４の長さは短い方がよく、ブローバイガス導入口７６、７７もインテークマニホールド１の端部、すなわちエンジンに近いところに設けるのがよい。すなわち、加熱部７１がブローバイガス導入口７６、７７の上流側で隣り合う位置にあるのがよい。また、加熱部７１の面積はできるだけ大きく、壁面の厚さが薄い方がＥＧＲガスから伝達される熱量が多くなり、加熱効果が高まるので好ましい。図２に示すように、本実施形態においては、分岐通路部７３を除く共通通路部７２の流通方向全体がＥＧＲ通路６０と接するように構成されている。

本実施形態においては、ＥＧＲガスとブローバイガスが同じ方向に流通したが、互いに逆方向に流通してもよい。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。図４に、本発明の第２実施形態に係るＰＣＶ通路の凍結防止構造を備えたインテークマニホールド２の外観を表す斜視図を示す。図５は図４のＶ−Ｖ断面図である。以下、本実施形態において、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態で第１実施形態と最も異なっているのは、ＰＣＶ通路７０の位置である。図４および図５に示すように、本実施形態におけるＰＣＶ通路７０は、吸気通路３１−３４の湾曲の外側（以下、背面とも言う）に配置されている。ＥＧＲ通路６０は第１実施形態と同じ吸気通路３１−３４の湾曲の内側に配置されている。車種によってインテークマニホールドの実装方向が異なるので、車両走行中の走行風が当たらない場所にＰＣＶ通路７０を形成することにより、流通中のブローバイガスの温度低下を防止できる効果がある。

本実施形態では、不図示のクランクケースに接続されたＰＣＶパイプ７８が端部７５を介してＰＣＶ通路７０と接続されている。ＰＣＶ通路部７０は、振動溶着によりインテークマニホールド本体に接着されて、インテークマニホールド２として一体的に形成されている。ＰＣＶ通路７０は単一の通路である共通通路部７２と、共通通路部７２から分岐した２つの分岐通路部７３、７４とを有している。ただし本実施形態においては、各分岐通路部７３、７４はさらに２つに分岐している。すなわち、分岐通路部７３は２つの分岐通路７３ａ、分岐通路７３ｂを有し、分岐通路部７４は２つの分岐通路７４ａ、分岐通路７４ｂを有する。これは４気筒エンジンの各気筒に専用の分岐通路があることを意味する。

図５に示すように、分岐通路７３ａ、７３ｂ、７４ａ、７４ｂ（ＰＣＶ通路７０）は、吸気通路３１−３４の流通方向に向けて、インテークマニホールド２と接続される不図示の吸気ポート付近まで延在している。一方ＥＧＲ通路６０は第１実施形態と同じ配置になっており、吸気通路３１−３４の流通方向と垂直な方向に配置されている。すなわち、分岐通路７３ａ、７３ｂ、７４ａ、７４ｂはＥＧＲ通路６０と交差する位置関係にある。交差している箇所においては、分岐通路７３ａ、７３ｂ、７４ａ、７４ｂの外壁とＥＧＲ通路６０の外壁とは一部を共有しており、加熱部７１を有している。しかし、分岐通路７３ａ、７３ｂ、７４ａ、７４ｂとＥＧＲ通路６０が交差しているので、第１実施形態と比べて加熱部７１の面積が小さくなり加熱効果が低下するおそれがある。

そこで本実施形態では、分岐通路７３ａ、７３ｂ、７４ａ、７４ｂとＥＧＲ通路６０とを可能な限り吸気ポート近くで交差させることにより、加熱されたブローバイガスを吸気ポートに供給して、ブローバイガス中の水分が凍結するのを防止することができる。

本発明は、ブローバイガスが流通するＰＣＶ通路の凍結防止構造を必要とするインテークマニホールドに用いることが可能である。

１、２インテークマニホールド
６０ＥＧＲ通路
７０ＰＣＶ通路
７１加熱部
７２共通通路部
７３分岐通路部
７６、７７ブローバイガス導入口

Claims

エンジンの内部に漏出した未燃焼ガスを主成分とするブローバイガスを吸気ポートに還流させるＰＣＶ通路と、
前記エンジンから排出された排出ガスを前記吸気ポートに還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＰＣＶ通路のＰＣＶ外壁と前記ＥＧＲ通路のＥＧＲ外壁の共有部分である加熱部とを有し、
前記加熱部の長手方向の長さは、複数の前記吸気ポートの並び方向における一端側の前記吸気ポートから他端側の前記吸気ポートに亘る長さであるＰＣＶ通路の凍結防止構造。
前記加熱部は、それぞれの前記吸気ポートへ前記ブローバイガスが導入されるブローバイガス導入口より上流側かつ前記導入口に隣り合う位置に設けられている請求項１に記載のＰＣＶ通路の凍結防止構造。
前記ＰＣＶ通路は、単一の通路である共通通路部と、前記共通通路部から分岐し前記吸気ポートに接続される分岐通路部とを備え、
前記加熱部は前記共通通路部に設けられている請求項１または２に記載のＰＣＶ通路の凍結防止構造。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のＰＣＶ通路の凍結防止構造を備え、
前記ＰＣＶ通路および前記ＥＧＲ通路と一体的に形成されているインテークマニホールド。